mRNA疫苗免疫原性提升：分子工程与递送系统协同策略

mRNA疫苗的短板从来不在“能不能表达”，而在表达效率、固有免疫激活与安全性三者能否同时成立。2026年Signal Transduction and Targeted Therapy的这篇综述，把RNA分子工程与递送系统放进同一个框架里讨论。

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mRNA疫苗凭借抗原编码序列的快速设计和可规模化生产，能够同时诱导体液免疫与细胞免疫，在传染病和肿瘤免疫治疗领域取得了巨大成功。但面向心血管疾病、神经退行性疾病、自身免疫病、代谢疾病等更多新适应症，“一刀切”的标准化疫苗设计已经无法满足需求。

mRNA疫苗的性能并不只取决于抗原表达量。RNA分子架构与递送载体会共同调控固有免疫感知、胞内转运、体内组织分布，最终决定适应性免疫应答的质量。核心难点在于平衡抗原表达效率与固有免疫激活水平：适度的固有免疫可以佐助免疫 priming，过度激活反而会抑制翻译、破坏后续免疫程序。

图1｜mRNA疫苗激活免疫应答的细胞机制。抗原经注射进入细胞后被翻译为抗原蛋白，经蛋白酶体降解、MHC-I/II 呈递激活 CD8⁺ T 细胞与 CD4⁺ T 细胞，并驱动 B 细胞产生抗体；cDC1/cDC2 的交叉呈递与 I 型干扰素进一步放大应答。

表达动力学与固有免疫特征对比

目前主流mRNA疫苗主要分为非复制型mRNA、自扩增RNA（saRNA）、环状RNA（circRNA）三类。三者的分子架构不同，胞内翻译模式与固有免疫激活通路也存在显著差异，各有优势与短板。

图2｜三类RNA在抗原呈递细胞中触发的内体、胞质RNA感知通路。非复制mRNA的IVT副产物经TLR3/7/8感知；saRNA的dsRNA与负链中间体经RIG-I/MDA5感知；circRNA的残留线性RNA与内含子剪接片段同样会被识别。下方为免疫支持效应（I型IFN、DC成熟、共刺激、细胞因子产生）与限制性抗病毒效应（ISG过度激活、PKR/OAS/ADAR、RNA降解、翻译抑制、复制限制）两条分支。

非复制型 mRNA

这是新冠疫苗所用的平台，拥有 5′帽、UTR、ORF 与 poly(A) 尾，进入胞质后直接翻译；蛋白表达起效快，但表达窗口短暂。IVT 转录副产物会激活 TLR 家族受体，核苷修饰可以降低过度免疫刺激。

自扩增 RNA（saRNA）

saRNA携带病毒复制酶序列，可在细胞内实现RNA自我扩增，低给药剂量即可获得高抗原输出；但复制过程会产生dsRNA与负链RNA中间体，强烈激活RIG-I/MDA5，过强的干扰素应答反过来抑制自身复制与翻译。

图3｜三类mRNA平台抗原表达动力学曲线对比。非复制mRNA为直接翻译、快速起效、瞬时表达；saRNA依赖复制酶扩增、起效延迟但表达更高更持久；circRNA为帽非依赖翻译、稳定性高、表达窗口更长。

图4｜saRNA现存瓶颈与工程化优化策略。左侧为三大瓶颈：基因组过大（>10000 nt）造成核糖体负担、固有免疫过度激活、翻译抑制；右侧为对应策略：复制子骨架改造（SFV/SINV/CHIKV）、核苷修饰（5mC/5hmC）、共递送免疫抑制蛋白（IIP）以压制ISG。

环状 RNA（circRNA）

circRNA为共价闭合环状结构，无 5′/3′ 末端，耐受核酸外切酶降解，表达持续时间更长；依靠IRES实现帽非依赖翻译。它的免疫刺激大多来源于制备过程带来的杂质（残留线性RNA、剪接片段），高纯度circRNA可以实现低免疫原性、长效表达。

图5｜circRNA的技术瓶颈与优化方案。左侧瓶颈：IRES依赖导致的翻译限制与起始效率不足、环化不完全带来的线性RNA与副产物、纯化困难导致的产品异质性；右侧策略：IRES优化与Kozak/Apt-eIF4G 元件、m6A 修饰调控翻译与耐受、短而强的crTMV IRES配合改进的环化工艺。

想要平衡抗原输出与固有免疫，需要从 5′帽、UTR、poly(A) 尾、核苷修饰、密码子优化等多个维度进行协同设计。

5′帽与 poly(A) 尾改造

反反向帽类似物、新型 AvantCap、分支型 poly(A) 尾，可以提升翻译效率、抵抗去帽与去腺苷化降解。

UTR 序列优化

5′UTR 优化核糖体招募，3′UTR 提升 RNA 稳定性；目前深度学习工具已经可以从头设计高性能 UTR 元件。

核苷化学修饰

Ψ 假尿苷、N1mΨ、m5C 修饰可降低 TLR/RIG-I 识别。值得注意的是，这类修饰不是完全消除固有免疫，而是重塑免疫信号，保留对生发中心反应与 Tfh 细胞分化有利的适度激活。

密码子优化

替换稀有密码子、减少核糖体拥堵，可显著提升抗原蛋白产量。

平台专属优化

针对 saRNA 与 circRNA 还需要额外设计：saRNA 改造复制子骨架、共递送免疫抑制蛋白，抵消过强的干扰素反应；circRNA 则重点优化 IRES 与环化工艺，降低杂质带来的免疫刺激。

递送系统不只是“包裹工具”，更是免疫调控元件

递送系统不仅保护 RNA、实现胞内递送；载体自身的化学性质会直接调控固有免疫信号与体内生物分布。文章重点对比了四大类载体。

图6｜mRNA多种递送系统：LNP、外泌体、高分子载体、VLP 对比。（a）各类载体的组分与特征；（b）细胞摄取、膜融合、内体逃逸与释放路径；（c）器官选择性递送与细胞选择性递送的工程化改造策略；（d）递送效率、免疫活性、生物相容性与设计复杂度之间的权衡。

LNP 脂质纳米颗粒

临床成熟度最高。可电离脂质、辅助磷脂、胆固醇、PEG 脂质每一个组分都会影响内体逃逸效率、免疫佐剂效应与组织靶向；同时也面临内体逃逸效率有限、PEG 相关副作用、器官趋向性改造等挑战。

外泌体（细胞外囊泡）

生物相容性优异，可工程化修饰膜蛋白实现靶向；短板是大规模生产与批次一致性难度大。

高分子聚合物载体

化学可设计性强，可以实现局部免疫重编程，但体内翻译效果参差不齐。

病毒样颗粒 VLP

利用病毒天然入侵通路提升细胞摄取；重复给药容易产生抗载体抗体。

图7｜mRNA-LNP 疫苗的无细胞完整生产工艺流程。从病原序列分析、mRNA 序列设计、IVT 转录、纯化，到微流控制备脂质纳米颗粒、过滤、冷链储存，形成端到端的连续制造链路。

核心痛点：内体逃逸是所有载体共同的瓶颈。绝大多数被摄取的 mRNA 被困在内体并被降解，无法释放到细胞质。提升有效胞质释放、同时控制炎症毒性，是下一代递送系统的关键方向。

不同疾病适应症，需要“RNA + 递送”匹配式共设计

不存在一套万能的 mRNA 疫苗方案，不同疾病的免疫目标完全不同。

图8｜mRNA疫苗未来工程化总策略：RNA 工程与递送工程协同，面向疾病匹配的共设计。左侧为 RNA 层面（翻译元件、核苷修饰、密码子优化、circRNA/saRNA 架构），右侧为递送层面（内体逃逸、细胞靶向、免疫调控、生物相容性），最终在抗原输出、免疫重编程与安全性之间取得平衡。

传染病疫苗

追求快速、强效的中和抗体与持久记忆，需要适度的固有免疫佐剂效应；关注点是变异逃逸与黏膜免疫。

肿瘤治疗疫苗

重点在于高效激活 CD8⁺ T 细胞、克服肿瘤微环境免疫抑制，需要更强的免疫激活。

自身免疫病

需要低炎症环境、诱导免疫耐受，适合重复给药。

代谢疾病与蛋白替代疗法

要尽量压低固有免疫激活，追求稳定、可重复的蛋白表达。

因此下一代 mRNA 技术倡导“疾病匹配共设计”：RNA 分子工程与递送载体协同优化，把抗原输出、固有免疫信号、安全性三者放在一起权衡，而不是单纯追求表达量最大化。

生产制造与转化挑战

IVT 体外转录工艺中，镁离子、NTP 浓度与温度参数直接影响产量；去除 dsRNA、DNA 模板等杂质，对控制免疫原性至关重要。

LNP 微流控放大难题：放大批次后包封率与粒径 PDI 容易发生漂移。

稳定性：mRNA-LNP 对温度敏感；冻干工艺可以降低冷链依赖，是重要的技术方向。

saRNA、circRNA、外泌体、VLP 都有各自专属的质控难点，需要建立对应产品的关键质量属性（CQA）评价体系。

mRNA 技术已经从新冠应急时代走向多元化应用。非复制 mRNA、saRNA、circRNA 各有所长，不存在绝对的孰优孰劣。mRNA 性能 = RNA 分子设计 × 递送系统 × 疾病场景。

未来发展方向：

RNA 层面

帽、UTR、核苷、密码子多维度精细调控，不再简单做全局修饰，走向位点选择性修饰。

递送层面

攻克内体逃逸瓶颈，开发组织/细胞靶向，平衡递送效率、生物相容性与免疫调节；AI 辅助高通量筛选，加速 RNA 序列与脂质分子的迭代；从早期研发阶段就同步考虑可放大制造工艺，推动更多 mRNA 技术走向临床。

高纯度、高完整性

我们采用先进的纯化技术和严格的质量控制流程，确保 mRNA 纯度超过 90%。合成 mRNA 保留了 RNA 分子的完整性和功能活性，为高效翻译奠定基础。

RNA 片段分布与完整性质检（Bioanalyzer 电泳结果）。

体外 293T 细胞转染与小鼠体内表达结果如下。

体外 293T 细胞转染（左）与小鼠体内活体成像表达（右）。

circRNA 合成服务

我们采用先进的环化策略，使 circRNA 达到环化率 >80%、纯度 >90%。circRNA 较 mRNA 稳定性更好，能够有效延长半衰期，转染后蛋白质表达水平逐渐升高，但能维持在一个相对稳定的平台期很长一段时间。

mRNA 与 circRNA 小鼠体内蛋白表达稳定性对比。

多样化修饰与定制化服务

迈安纳提供多种修饰选项，包括加帽（加帽率 >90%）、Poly(A) 尾巴优化及核苷酸修饰，同时支持定制化序列设计，满足蛋白替代疗法、肿瘤疫苗和 CAR-T 细胞治疗等应用需求。

一站式技术支持

从 mRNA 设计、合成到递送系统适配，迈安纳提供全流程技术支持与咨询，帮助您优化实验方案并加速研发进程。